霍金輻射

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霍金輻射Hawking radiation)是以量子效應理論推測出的一種由黑體散發出來的熱輻射。此理論在1974年由物理學家史蒂芬·霍金提出。[1] 有了霍金輻射的理論就能說明如何降低黑洞的質量而導致黑洞蒸散的現象。

而因為霍金輻射能夠讓黑洞失去質量,當黑洞損失的質量比增加的質量多的時候就會造成縮小,最終消失。而比較小的微黑洞的發散量通常會比正常的黑洞大,所以前者會比後者縮小與消失的速度還要快。

霍金的分析馬上就成為第一個能令人信服的量子引力理論,不過目前還沒有實際觀察到霍金輻射的存在。在2008年6月NASA發射了GLAST衛星,它可以尋找蒸發的黑洞中γ射線的閃光。而在額外維度理論,CERN的大型強子對撞機也有可能創造出會自我消失的微黑洞。

概述[编辑]

黑洞是一個萬有引力極大的地方,它周圍的物質會被重力拉進去。以古典力學上來說,它的引力超强,甚至电磁辐射波也无法逃脱。目前雖尚未了解如何統一重力量子力學,但遠離黑洞之處的重力效應卻微弱到依然可以使計算結果符合彎曲時空量子場論框架。霍金表示量子效應允許黑洞發射精確的黑體輻射。這電磁輻射彷彿被一個溫度黑洞質量反比黑體發出。

举例来说,一太阳质量黑洞的温度仅有60nK;事实上,黑洞会吸收比自身发射要多得多的宇宙微波背景辐射。一个质量为4.5 × 1022 kg的黑洞(与月球质量相近)的温度会保持在2.7K,并吸收与其发射数量相等的辐射。更小的原始黑洞primordial black holes)则会散发比自身吸收更多的辐射,因此逐渐失去质量。

在没有霍金辐射的概念以前,物理界有一個难题,就是如果把有很多的東西丟進黑洞裡,那豈不是把那些給消滅掉了嗎?但是宇宙裡是永增不減的,因此這代表 黑洞應該也有很多,而有熵的任何東西都會釋放黑體輻射,因此黑洞也會釋放黑體輻射?但釋放的機制又如何?霍金輻射就解釋了黑洞釋放黑體輻射的機制。根據海森堡测不准原理,在真空中會瞬间凭空且自然地產生許多粒子-反粒子虛粒子)對,並且在极短的时间内成對湮滅,在宏观上沒有质量产生,如果一個粒子對在黑洞附近形成,由於黑洞引力場很強,導致配對誕生的正反粒子被扯開,有可能有一個跌入事件視界,而另一個沒有,從而被黑洞的引力提昇成實粒子。但這樣就違反了能量守恒定律,所以另一個粒子的質量一定是從黑洞本身的質量而來——这就是黑洞釋放輻射的一個簡化解釋。

基本上,大质量的黑洞可存活比较久一些。一般恒星死亡产生的黑洞可以活1066,而星系黑洞則可以活1090,霍金輻射也可以说明为什么我们无法观测到宇宙诞生時所產生的微黑洞,因為它們已經蒸发殆尽。

理論[编辑]

參見[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ A Brief History of Time, Stephen Hawking, Bantam Books, 1988.

外部連結[编辑]